Dopplerovo chlazení je metoda laserového chlazení založená na Dopplerově jevu a spontánním Ramanově rozptylu. Zvolme dvě energetické hladiny, zemní a buzenou, mezi nimiž je povolen dipólový elektrický přechod. Pravděpodobnost srážek molekul za jednotku času v plynu je mnohem menší než radiační šířka spektrální čáry přechodu a rovná se pravděpodobnosti absorpce optického fotonu za jednotku času. Frekvence laseru se volí poněkud nižší než frekvence přechodu. Kvůli Dopplerovu jevu ty atomy, které se pohybují směrem k fotonu, „vidí“ vyšší frekvenci fotonu a ocitají se v podmínkách silného rezonančního rozptylu, na rozdíl od opačného případu, kdy podmínka rezonance není splněna. V důsledku toho dominuje proces absorpce fotonů s jejich spontánní reemisí v libovolném směru v prostoru, doprovázenou zpomalováním pohybujících se atomů. Při spontánním Ramanově rozptylu je v průměru emitován foton s frekvencí větší, než je frekvence absorbovaného fotonu . Emitovaný foton má tedy více energie než absorbovaný. Rozdíl mezi energiemi těchto fotonů je „vypůjčen“ z energie tepelného pohybu atomu. Pokud vlnová délkalaser je např. 600 nm, pak se při každém aktu rozptylu atom ochladí o několik milikelvinů. V důsledku toho je k výraznému ochlazení atomu potřeba asi 100 000 rozptylových událostí. Tato metoda dokáže ochladit atom na teplotu ~500 μK. Pokud je požadováno ochladit atomy na ještě nižší teploty, například desítky mikrokelvinů, pak se použije chlazení postranním pásmem a sisyfovské chlazení , a pokud je požadováno dosažení teploty několika nanokelvinů, pak se použije rychlostně selektivní koherentní odchyt populace . [1] .
Metodu navrhly v roce 1975 dvě skupiny: D. Wineland s H. G. Demeltem a T. Hensch s A. Shavlovem .